Dlaczego obudowy opraw oświetleniowych korodują.

Co faktycznie widzisz w terenie

Białe osady na aluminium, czerwonobrązowa rdza z części żelaznych oraz pęcherze lub łuszczenie się powłoki wymagają zbadania. Sam wygląd nie pozwala określić składu osadu ani przyczyny. Sprawdź złącza, mocowania, uszkodzone powierzchnie i obszary, w których może gromadzić się woda lub sole.

Cechą wspólną wszystkich tych znaków jest to, że oznaczają koniec procesu, a nie początek. Powierzchnia była już przez dłuższy czas narażona na działanie wilgoci, zanim zmiana stała się widoczna gołym okiem.

Mechanizm — czego właściwie wymaga korozja

Korozja metaliczna jest procesem elektrochemicznym wymagającym obwodu zamkniętego składającego się z czterech części. Anoda to metal, który oddaje elektrony i w ten sposób rozpuszcza się. Katoda to bardziej szlachetny metal lub strefa powierzchniowa, która odbiera te elektrony. Elektrolit, najczęściej wilgoć, przenosi jony pomiędzy powierzchniami. Elektrony potrzebują również ścieżki przewodzącej przez metal lub połączenia elektrycznego między różnymi metalami. Proces staje się znacznie bardziej aktywny, gdy wilgoć zawiera rozpuszczone jony soli. Przerwij dowolną część obwodu, a proces elektrochemiczny zostanie zatrzymany.

Z tego też powodu dwa różne metale w kontakcie ze sobą mogą być znacznie gorsze niż każdy metal osobno. W szeregu galwanicznym metale takie jak cynk i aluminium znajdują się bliżej końca reaktywnego, podczas gdy stal nierdzewna i miedź znajdują się bliżej końca szlachetnego.

Kiedy mniej szlachetny metal wchodzi w kontakt elektryczny z metalem bardziej szlachetnym w obecności wilgoci, para działa jak mała bateria. Jednym z przykładów jest nieizolowany element mocujący ze stali nierdzewnej umieszczony bezpośrednio w aluminiowej obudowie. Mniej szlachetny metal jest zużywany szybciej, niż byłby to metal sam w sobie. (TWI)

Aluminium zwykle chroni się poprzez cienką, gęstą warstwę tlenku, która tworzy się naturalnie pod wpływem powietrza. Jony chlorkowe — pochodzące z soli morskiej lub drogowej — mogą lokalnie rozbić tę warstwę i zainicjować tak zwaną korozję wżerową, w której atak koncentruje się w małych punktach, a nie rozprzestrzenia się równomiernie. Podobny miejscowy atak — korozja szczelinowa — często rozwija się pod uszczelkami, podkładkami i innymi ukrytymi złączami, gdzie wilgoć jest zatrzymywana i nie może wyschnąć.

Rola środowiska — i starzenie się powłok powierzchniowych

Sam elektrolit nie wystarczy — potrzebny jest sposób dotarcia do metalu. Powłoki organiczne, takie jak farba mokra i malowanie proszkowe, różnią się od anodowania. Na ich długotrwałe działanie może mieć wpływ promieniowanie UV, cykliczne zmiany temperatury, wilgoć, uszkodzenia mechaniczne oraz jakość obróbki wstępnej, grubość powłoki i przyczepność. Jeśli powłoka organiczna utraci ciągłość, metal znajdujący się pod nią może zostać narażony na działanie wilgoci i soli.

Anodowanie to anodowa warstwa tlenku na aluminium, a nie farba. Jego działanie zależy od czynników obejmujących stop, grubość warstwy, uszczelnienie, defekty i rzeczywiste narażenie. Środowisko może zatem wpływać na powłoki organiczne i anodowe warstwy tlenków poprzez różne mechanizmy; nie każdą warstwę powierzchniową można opisać jako nieuchronnie coraz bardziej kruchą, aż do powstania mikropęknięć.

Test korozji zgodnie z ISO 9227 nie weryfikuje stopnia ochrony przed wnikaniem IP66.

Problem z elementem mocującym

Jednym z najczęściej pomijanych zagrożeń korozyjnych w oprawach ulicznych nie jest sama obudowa, ale elementy złączne i wsporniki używane do jej montażu i mocowania. Ocynkowana stalowa śruba wkręcona w aluminiową obudowę tworzy klasyczne ogniwo galwaniczne w momencie, gdy wilgoć mostkuje połączenie. Aluminium działa jak anoda i zużywa się w przyspieszonym tempie, tworząc charakterystyczny biały proszek tlenkowy wokół łba elementu złącznego, co z czasem powoduje osłabienie strukturalne złącza.

Rozwiązaniem jest użycie elementów złącznych z tego samego lub kompatybilnego metalu lub odizolowanie różnych metali za pomocą nieprzewodzących podkładek lub powłok, tak aby nie istniała między nimi ciągła ścieżka elektryczna. W praktyce ten szczegół jest często określany niekonsekwentnie: obudowa może być przystosowana do środowisk korozyjnych, podczas gdy dostarczone z nią elementy złączne nie.

Jak wybór materiału zmienia obraz

Materiał, z którego wykonana jest obudowa, determinuje przebieg tego procesu – ale nie ma to wpływu na żaden zwykły metal. Nieobrobiona lub uszkodzona stal rdzewieje stosunkowo szybko bez własnej ochrony. Stal ocynkowana ogniowo jest chroniona warstwą cynku aż do zużycia tej warstwy, kiedy to znajdująca się pod nią stal koroduje w taki sam sposób, jak stal nieobrobiona.

Aluminium ma naturalnie ochronną warstwę tlenku, ale chlorki mogą powodować wżery, a kontakt ze szlachetniejszymi materiałami może zwiększyć atak galwaniczny. Stal nierdzewna może również ulegać korozji wżerowej lub szczelinowej. Porównaj określone stopy i warunki powierzchniowe przy tej samej ekspozycji.

Sam niemetaliczny materiał SMC nie ma struktury siatki metalicznej typu wymaganego w przypadku korozji elektrochemicznej na bazie metalu. Dlatego też w samym materiale SMC nie może wystąpić korozja galwaniczna ani wżery. To ograniczenie nie dotyczy metalowych elementów złącznych ani innych elementów całej oprawy. Przydatność obudowy SMC w dalszym ciągu zależy od dokładnego gatunku materiału, kompletnej konstrukcji oraz rzeczywistego narażenia na promieniowanie UV, ciepło, wilgoć, środki chemiczne i mechaniczne.

W przypadku zamówień bardziej przydatne są cztery pytania niż samo pytanie, czy obudowa jest „zabezpieczona przed korozją”:

1. W przypadku podłoży metalowych z ochronnymi systemami malarskimi w zakresie ISO 12944, jaką odpowiednią aktualną kategorię korozyjności zastosowano i czy udokumentowano wybór kompletnego systemu powłokowego dla rzeczywistego podłoża?
2. Z jakiego materiału jest wykonana sama obudowa i czy zawiera metal, który może ulegać korozji galwanicznej?
3. Jeśli obecne są elementy metalowe — łączniki, zawiasy, zamki — czy są one odizolowane od innych metali lub mają z nimi bezpośredni kontakt elektryczny?
4. Kiedy cytowane jest badanie zgodnie z ISO 9227, jaka próbka testowa, wariant metody, czas trwania ekspozycji, kryteria oceny i wynik są podane w raporcie z testu?

Podsumowanie

Korozja nie jest przypadkową awarią, ale procesem elektrochemicznym składającym się z czterech części: anody, katody, elektrolitu i ścieżki przewodzącej prąd elektryczny pomiędzy anodą i katodą. Dopóki obwód pozostaje zamknięty, proces trwa, a otoczenie określa, jak często i jak długo ten warunek jest spełniony.

Metale takie jak cynk i aluminium znajdują się na reaktywnym końcu szeregu galwanicznego w porównaniu ze stalą nierdzewną, co czyni je bardziej podatnymi zarówno na degradację, jak i na korozję galwaniczną w kontakcie z bardziej szlachetnymi metalami. Kompozyt termoutwardzalny, taki jak SMC, nie ma struktury metalicznej wymaganej w przypadku korozji elektrochemicznej. Dlatego też w samej obudowie SMC nie może wystąpić korozja metaliczna, galwaniczna i elektrochemiczna; inne mechanizmy starzenia należy ocenić w oparciu o gatunek materiału i narażenie.

W przypadku zakupów jasna deklaracja materiałowa stanowi znacznie bardziej wiarygodną podstawę niż samo niejasne stwierdzenie, że jest „zabezpieczony przed korozją”. W przypadku podłoży metalowych objętych zakresem ISO 12944, odpowiednia kategoria korozyjności powinna być powiązana z udokumentowanym wyborem ochronnego systemu malarskiego dla konkretnego podłoża; nie jest to ogólna klasyfikacja wszystkich obudów opraw oświetleniowych. (ISO 12944-2)

Oświetlenie ulic przybrzeżnych: wybór materiału i Smögen

Źródła i dalsza lektura

• TWI — Co to jest korozja galwaniczna i jak można jej zapobiegać?
• AMPP — Co to jest korozja? (ogniwo elektrochemiczne)
• ISO 9227:2022 — Badania korozyjne w sztucznych atmosferach — Badania w mgle solnej
• ISO 12944-2:2017 — Farby i lakiery — Ochrona antykorozyjna konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich — Część 2: Klasyfikacja środowisk